DE1961704B2

DE1961704B2 - Device for measuring the torque transmitted by a rotating shaft

Info

Publication number: DE1961704B2
Application number: DE1961704A
Authority: DE
Inventors: Pierre Lucien Roger Saint-Victoret Bouches-Du-Rhone Lafourcade (Frankreich)
Original assignee: Airbus Group SAS
Current assignee: Airbus Group SAS
Priority date: 1968-12-09
Filing date: 1969-12-09
Publication date: 1978-06-08
Also published as: DE1961704A1; DE1961704C3; US3625055A

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Messen des Drehmomentes, welches von einer hohlen, elastischen Welle übertragen wird, gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1.The invention relates to a device for measuring the torque, which of a hollow, elastic Wave is transmitted, according to the preamble of claim 1.

Es sind bereits Vorrichtungen zur Messung des von einer rotierenden Welle übertragenen Drehmomentes bekannt, bei denen als Meßsystem ein verdrehbarer Wellenabschnitt benutzt wird; insbesondere sind Vorrichtungen dieser Art bekannt, bei denen mit Ausgleichsübertragern abgetastet wird, bei denen mit Spannungsphasenverschiebung gearbeitet wird oder bei denen die Torsion der Welle mit Hilfe von Dehnungsmeßstreifen gemessen wird.There are already devices for measuring the torque transmitted by a rotating shaft known, in which a rotatable shaft section is used as a measuring system; in particular are devices known of this type, in which is scanned with equalizing transformers, in which with Stress phase shift is worked or in which the torsion of the shaft with the help of strain gauges is measured.

Die Nachteile der Vorrichtungen, bei denen mit Transformatoren abgetastet wird, besteht darin, daß rotierende Transformatoren erforderlich sind, deren Rotorwicklungen Zentrifugalkräften unterliegen. Da ferner der Luftspalt sehr klein, andererseits jedoch groß genug sein muß, um eine ungehinderte Drehung der Welle zu ermöglichen, hat der Transformator eine schlechte Qualität, was die Messung beeinträchtigt undThe disadvantages of the devices in which is sampled with transformers is that Rotating transformers are required, the rotor windings of which are subject to centrifugal forces. There Furthermore, the air gap must be very small, but on the other hand must be large enough to allow unhindered rotation of the To enable a wave, the transformer is of poor quality, which affects the measurement and

die Notwendigkeit mit sich bringt, den Stator und den Rotor dieser Transformatoren mittels Wälzlagern auszurichten, falls die Wellen nicht im Raum starr befestigt sind.the need brings with it, the stator and the rotor of these transformers by means of roller bearings to be aligned if the shafts are not rigidly fixed in space.

Bei den mit Spannungsphasenverschiebung arbeiten- ϊ den Vorrichtungen treten dieselben Nachteile wie den oben zuletzt erwähnten Vorrichtungen auf, da sie mit Magnetfeldern arbeiten.When working with voltage phase shift- ϊ the devices have the same disadvantages as the devices last mentioned above, since they with Work in magnetic fields.

Die Vorrichtungen, bei denen das Ungleichgewicht einer Dehnungsmeßbrücke gemessen wird, wozu es bekannt ist (DL-PS 58183), die Differenz aus einem Bezugs-Rechteckimpuls und einem entsprechend dem übertragenen Drehmoment modulierten Meß-Rechteckimpuls zu bilden, haben infolge der Schwierigkeit der Befestigung der Dehnungsmeßstreifen an den Wellen und infolge des Temperatureinflusses sowie aufgrund der Schwierigkeiten der Übertragung der Informationen von dem beweglichen Teil auf den feststehenden Teil der Vorrichtung nur eine geringe Zuverlässigkeit.The devices in which the imbalance of a strain gauge is measured, why it is is known (DL-PS 58183), the difference between a reference square pulse and a corresponding to the To form the transmitted torque modulated measuring square pulse, have due to the difficulty of Attachment of the strain gauges to the shafts and due to the influence of temperature as well as due to the difficulty of transferring information from the moving part to the stationary one Part of the device has low reliability.

Es ist jedoch auch bekannt, das übertragene Drehmoment über den Verdrehungsgrad der durch das Drehmoment auf Torsion beanspruchten Welle gegenüber einer nicht torsionsbeanspruchten Vergleichswelle optisch zu messen. Bei einer derartigen bekannten Vorrichtung (US-PS 31 11 028) ist an beiden Wellen je eine Scheibe mit am Umfang verteilten Fenstern angeordnet, die sich je nach Größe des übertragenen Drehmomentes mehr oder weniger stark überdecken. Ferner sind radial innen von den Fenstern an jeder Scheibe weitere Fenster ausgebildet, von denen die Fenster an der einen Scheibe um so viel größer als die an der anderen Scheibe sind, daß die kleineren Fenster unabhängig von dem übertragenen Drehmoment vollständig wirksam sind, also nicht von dem Rand des zugehörigen größeren Fensters abgedeckt werden. Vor den Scheiben ist eine ringförmige Lichtquelle angeordnet und hinter den Scheiben sind zwei elektro-optische Empfängerelemente angeordnet, die ebenfalls ringförmig sind und von denen jeweils eines einer der Fensterreihen auf den Scheiben zugeordnet ist. Durch Bildung des Verhältnisses der auf die beiden Empfängerelemente auftreffenden, die jeweiligen Fensterreihen passierenden Lichtmenge wird ein Meßwert für das übertragene Drehmoment erhalten, der wegen der Verwendung einer ringförmigen Lichtquelle und ringförmiger Empfängerelemente von Drehzahländerungen der Wellen wie auch weitgehend von Transparenzänderungen des Luftspaltes zwischen der Lichtquelle und den Empfängerelementen unabhängig ist, wenn sowohl die Lichtverteilung der ringförmigen Lichtquelle als auch die Aufnahmeempfindlichkeit beider ringförmiger Empfängerelemente über den ganzen Umfang hin konstant sind auch die beiden verwendeten Empfängerelemente genau koaxial zueinander angeordnet und mit hoher Genauigkeit aufeinander geeicht sind. Dies führt jedoch für genaue Meßergebnisse zu einem hohen Aufwand.However, it is also known to determine the transmitted torque via the degree of rotation of the Torque on a torsionally loaded shaft compared to a non-torsionally loaded comparative shaft to measure optically. In such a known device (US-PS 31 11 028) is on both shafts a disc with windows distributed around the circumference, which vary depending on the size of the transferred Overlap the torque to a greater or lesser extent. Further are radially inward of the windows on each Disk further windows formed, of which the window on one pane is so much larger than the one on of the other disk are that the smaller window is independent of the transmitted torque are completely effective, so are not covered by the edge of the associated larger window. before An annular light source is arranged on the panes and two electro-optical sources are located behind the panes Arranged receiver elements, which are also ring-shaped and each of which one of the Rows of windows on the panes is assigned. By forming the ratio of the two The amount of light hitting receiver elements and passing through the respective rows of windows becomes a measured value for the transmitted torque obtained because of the use of an annular light source and ring-shaped receiver elements of changes in the speed of the shafts as well as largely of changes in transparency the air gap between the light source and the receiver elements is independent, if both the light distribution of the ring-shaped light source and the recording sensitivity Both ring-shaped receiver elements are constant over the entire circumference, so are the two used receiver elements arranged exactly coaxially to each other and with high accuracy on each other are calibrated. However, this leads to a high expenditure for precise measurement results.

Bei einer anderen bekannten optischen Meßvorrichtung (US-PS 25 19 378), welche die Merkmale aus dem Oberbegriff des Anspruches 1 aufweist und zum Messen bo der Viskosität einer Flüssigkeit dient, ist der Zeiger von einer Scheibe gebildet, auf welcher im Bereich des Fensters der anderen Scheibe ein weißes Markierungsfeld auf schwarzem Grund gebildet ist, so daß im Fenster der anderen Scheibe eine weiße und eine <>s schwarze Fläche sichtbar sind, deren jeweiliger Anteil an der Gesamtfläche des Fensters ein Maß für das übertragene Drehmoment ist. Das von der Lichtquelle auf das Fenster gestrahlte Licht wird auf das elektro-optische Empfängerelement reflektiert, so daß sich die reflektierte Lichtmenge je nach dem Anteil der weißen Fläche an der Fensterfläche ändert. Da aber die Zeitfolge der bei jedem Durchgang des Fensters durch den Meßstrahl empfangenen Impulse sich mit der Wellendrehzahl ändert, ist die pro Zeiteinheit am Empfängerelement erhaltene Lichtmenge und daher auch der Meßwert selbst von Änderungen der Wellendrehzahl abhängig.In another known optical measuring device (US-PS 25 19 378), which the features from the Has the preamble of claim 1 and for measuring bo the viscosity of a liquid is used, the pointer is formed by a disk on which in the area of the Window of the other pane a white marking field is formed on a black background, so that in the Window of the other pane one white and one <> s black areas are visible, the proportion of which in the total area of the window is a measure of the transmitted torque is. The light radiated from the light source onto the window is directed onto the electro-optical receiver element reflected, so that the amount of light reflected depends on the proportion of white area on the window area changes. But since the time sequence of each passage of the window through The pulses received in the measuring beam changes with the shaft speed, which is am per unit of time Receiving element received amount of light and therefore also the measured value itself from changes in the Shaft speed dependent.

Außerdem ist der erhaltene Meßwert auch abhängig von Änderungen der Transparenz des Luftspaltes zwischen dem optischen Meßgerät und den Scheiben, so daß beispielsweise beim Auftreten von Rauch oder Dampf das Meßergebnis ebenfalls entsprechend fehlerhah wird.In addition, the measured value obtained is also dependent on changes in the transparency of the air gap between the optical measuring device and the discs, so that, for example, when smoke or Steam the measurement result is also correspondingly inaccurate.

Demgegenüber wird durch die Erfindung die Aufgabe gelöst, eine Vorrichtung der im Oberbegriff des Anspruches 1 angegebenen Art in einfacher Weise so auszubilden, daß der Meßwert sowohl von DrehzahJänderungen als auch Transparenzänderungen der Luft im Meßspalt wenigstens überwiegend unabhängig ist. In contrast, the invention solves the problem of designing a device of the type specified in the preamble of claim 1 in a simple manner so that the measured value is at least predominantly independent of both changes in speed and changes in transparency of the air in the measuring gap.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale im Anspruch 1 gelösuAccording to the invention, this object is achieved by the features in claim 1

Da erfindungsgemäß der Meßwert auf die Zeitdauer der beiden die beiden Fensterbereiche passierenden Lichtimpulse bei jedem Durchgang des Fensters durch den Meßstrahl bezogen wird und aus dem Verhältnis der Differenz der Zeitdauer der beiden Impulse zu ihrer Summe gebildet wird, ist der bei jedem Durchgang des Fensters erhaltene Meßwert von Drehzahländerungen der Wellen und auch von Transparenzänderungen des Luftspaltes zwischen der Lichtquelle und dem Empfängerelement weitgehend unabhängig, was weiter unten noch zusätzlich erläutert wird. Die erfindungsgemäße Vorrichtung eignet sich daher zur Überwachung des von einer Welle übertragenen Drehmomentes beispielsweise an Dampfturbinen veränderlicher Drehzahl und unter veränderlichen optischen Meßbedingungen. Since, according to the invention, the measured value is based on the duration of the two passages through the two window areas Light pulses are obtained with each passage of the window through the measuring beam and from the ratio the difference between the duration of the two pulses and their sum is formed each time the Window obtained measured value of changes in speed of the shafts and also of changes in transparency of the Air gap between the light source and the receiver element largely independent of what further is also explained below. The device according to the invention is therefore suitable for monitoring of the torque transmitted by a shaft, for example on steam turbines of variable speed and under variable optical measurement conditions.

Vorzugsweise werden an einem optisch-elektronischen Abtastorgan, vorzugsweise einem Fototransistor, zwei gleich große und einander entgegengesetzte Signale entnommen, die parallel in einem zwei Eingänge und zwei Ausgänge aufweisenden Verstärker verstärkt werden. Dieser Verstärker ist über ein verdrehtes Kabel mit einem in einem Abstand angeordneten Differentialverstärker mit hohem Verstärkungsgrad verbunden.Preferably, an opto-electronic scanner, preferably a phototransistor, two signals of equal size and opposite to one another taken, which are parallel in one of two inputs and amplifiers having two outputs. This amplifier is via a twisted cable connected to a spaced, high gain differential amplifier.

Die beiden entgegengesetzten Signale mischen sich in dem Differentialverstärker, so daß man an dessen Austritt ein Rechtecksignal erhält, dessen Dauer dem Zeitintervall zwischen den Punkten entspricht, an denen sich die aufsteigenden und absteigenden Flanken zu Beginn und am Ende der beiden gleich großen und einander entgegengesetzten, gleichzeitig in den Differentialverstärker eintretenden Signale kreuzen.The two opposite signals mix in the differential amplifier, so that one can use it Exit receives a square-wave signal, the duration of which corresponds to the time interval between the points at which the ascending and descending flanks at the beginning and at the end of the two equally large and cross opposite signals entering the differential amplifier at the same time.

Die Neigungen der Flanken und die Höhe dieser Signale und ihrer Umkehrungen können bei stabilisierter Speisespannung von der Intensität des Photonenflusses, der auf den diese Signale erzeugenden Fototransistor auftrifft, d. h. von der Durchsichtigkeit des rechteckigen Fensters sowie aufgrund der Zeitkonstanten der Schaltung von der Drehgeschwindigkeit beeinflußt sein, wenngleich dieser Einfluß meist vernachlässigbar ist.The slopes of the edges and the height of these signals and their inversions can be changed with stabilized Supply voltage depends on the intensity of the photon flux on the generating these signals Phototransistor hits, d. H. the transparency of the rectangular window and the time constants the circuit can be influenced by the speed of rotation, although this influence mostly is negligible.

Da der Differentialverstärker anspringt und stehenbleibt, wenn sich die Flanken der entgegengesetzten Signale kreuzen, bewirkt eine Änderung der NeigungSince the differential amplifier starts and stops, when the edges of the opposite signals cross, the slope changes

oder der Höhe dieser Signale folglich eine Änderung der Dauer der Rechtecksignale.or the level of these signals, consequently a change in the duration of the square-wave signals.

Zur Vermeidung dieses Nachteils kann den Signalen und ihren Umkehrungen mit Hilfe eines zwischen dem Ausgang und dem Eingang des ersten Verstärkers vorgesehenen Rückkopplungskreises eine mittlere Kreuzungshöhe verliehen werden. Eine derartige Schaltung läßt jedoch weder das optisch-elektronische Abtastorgan noch die den ersten Verstärker mit dem Differentialverstärker verbindende verdrehte Leitung noch diesen Differentialverstärker an der von ihr vorgenommenen Korrektur teilnehmen.To avoid this disadvantage, the signals and their inversions can be made using an between the Output and the input of the first amplifier provided a feedback circuit Crossing height can be awarded. Such a circuit, however, leaves neither the opto-electronic Sampling organ nor the twisted line connecting the first amplifier to the differential amplifier nor this differential amplifier participate in the correction made by it.

Um eine Gesamtkorrektur aller von dem optischelektronischen Abtastorgan auf den Differentialverstärker übertragenen Signale zu erreichen, kann in dem Differentialverstärker der Zeitabstand zwischen den Punkten, an welchen sich die Flanken der diesem Verstärker zugeführten Signale kreuzen, in hohem Maß konstant gehalten werden.To make a total correction of all from the optoelectronic scanning element to the differential amplifier To achieve the transmitted signals, the time interval between the Points at which the edges of the signals fed to this amplifier cross to a large extent be kept constant.

Zu diesem Zweck ist der Ausgang des Differentialverstärkers mit der Polarisierungseleketrode des optischelektronischen Abtastorgans über einen ein Verstärkerund Integrationsorgan enthaltenden Rückkopplungskreis verbunden. For this purpose, the output of the differential amplifier is connected to the polarization electrode of the optoelectronic scanning element via an amplifier and Integrating organ containing feedback loop connected.

Auf diese Weise erhält die Polarisierungselektrode als 2^r> Korrektursignal eine mittlere Spannung, die zu der die Gesamtbreite des Fensters angebenden Summe der beiden aufeinanderfolgenden Signale proportional und zu dem zwei aufeinanderfolgende Signalgruppen voneinander trennenden Zeitintervall umgekehrt pro- ίο portional ist, wodurch die Schaltung von der Drehgeschwindigkeit der Welle unabhängig wird.In this way, the polarization electrode receives ^{a mean voltage as the 2 r} > correction signal, which is proportional to the sum of the two successive signals indicating the total width of the window and inversely proportional to the time interval separating two successive signal groups, whereby the circuit from the Speed of rotation of the shaft becomes independent.

Gemäß einer zweckmäßigen Ausführungsform enthält der Rückkopplungskreis am Ausgang des Differentialverstärkers einen Verstärker und einen darauffol- J5 genden Impulsbegrenzer, der das Ausgangssignal dieses Verstärkers oben und unten begrenzt, wobei die mittlere Höhe dieses begrenzten Ausgangssignals mit Hilfe einer regelbaren Bezugsspannung eingestellt wird. Auf diese Weise wird das Korrektursignal von der Energiehöhe der aus dem Differentialverstärker austretenden Signale unabhängig gemacht.According to an expedient embodiment, the feedback circuit contains at the output of the differential amplifier an amplifier and a subsequent pulse limiter, the output signal of this Amplifier limited above and below, with the mean level of this limited output signal with Is set with the help of an adjustable reference voltage. In this way, the correction signal from the Energy level of the signals emerging from the differential amplifier made independent.

Weitere Einzelheiten ergeben sich aus der folgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen, wobei auf die Zeichnung Bezug genommen wird. In dieser Zeichnung zeigtFurther details emerge from the following description of exemplary embodiments, with reference to the Reference is made to the drawing. In this drawing shows

Fig. 1 einen Schnitt durch die Anordnung der koaxialen Wellen, der Scheibe und der Zeiger,1 shows a section through the arrangement of the coaxial shafts, the disk and the pointer,

F i g. 2a, 2b, 2c Schnitte durch optische Abtastorgane, die die aus der Teilung des Fensters durch den Zeiger sich ergebenden Signale bilden,F i g. 2a, 2b, 2c Sections through optical scanning elements resulting from the division of the window by the pointer form resulting signals,

Fig.3 eine in Richtung des Pfeils III von Fig. 1 gesehene Seitenansicht eines Teils der das Fenster tragenden Scheibe und des Zeigers,3 shows a side view of part of the window, seen in the direction of arrow III in FIG. 1 bearing disc and pointer,

F i g. 4 ein theoretisches Diagramm der von dem lichtempfindlichen Abtastorgan gelieferten Signale,F i g. 4 is a theoretical diagram of the signals delivered by the light-sensitive scanning element;

F i g. 5 ein vereinfachtes Schaltbild der elektronischen Schaltungen,F i g. 5 a simplified circuit diagram of the electronic circuits,

Fig.6a bis 6f Diagramme der Eingangssignale und der Ausgangssignale der die von den beiden Fensterab- t>o schnitten gelieferten Signale voneinander trennenden Matrix,Fig. 6a to 6f diagrams of the input signals and the output signals of the two window sections t> o cut the signals supplied from each other separating matrix,

Fig. 7 einen Schnitt nach der Linie VII-VII von Fig.1,7 shows a section along the line VII-VII from FIG.

Fig. 8 eine Einzelheit der in Fig. 5 dargestellten h^ri Schaltung,FIG. 8 shows a detail of the h ^r i circuit shown in FIG. 5,

Fig.9 ein Diagramm, das die Betriebsweise eines Teils der in F i g. 5 dargestellten Schaltung erläutert.Fig. 9 is a diagram showing the operation of a Part of the in F i g. 5 illustrated circuit explained.

Bei der in F i g. 1 dargestellten Ausführungsform wird eine Antriebswelle M über eine Hohlwelle 1 mit einer Empfangswelle R verbunden. Zu diesem Zweck sind einerseits der Flansch la mit dem Flansch 3M und andererseits der Flansch \b mit der Scheibe 4 und dem Flansch 3R mittels Bolzen 2 befestigt.In the case of the FIG. 1, a drive shaft M is connected to a receiving shaft R via a hollow shaft 1. For this purpose, on the one hand the flange la with the flange 3M and on the other hand the flange \ b with the washer 4 and the flange 3R by means of bolts 2.

In der Scheibe 4 sind beispielsweise drei rechteckige, in regelmäßigen Abständen voneinander angeordnete Fenster 5 von genau bestimmter Form und Abmessung ausgespart.In the disk 4 there are, for example, three rectangular ones, which are arranged at regular intervals from one another Window 5 of precisely defined shape and dimensions are cut out.

Koaxial zur Hohlwelle 1 ist eine zweite starre und vorzugsweise ebenfalls hohle Welle 7 angeordnet, die an der mit der Antriebswelle M in Berührung stehenden Hohlwelle 1 über einen dehnbaren, geschlitzten Hohlkegel 8 befestigt ist, in welchem ein voller Kegel 10 sitzt, der mit Hilfe einer Mutter 11 in den Hohlkegel 8 eingepreßt werden kann.Coaxially to the hollow shaft 1, a second rigid and preferably also hollow shaft 7 is arranged, which is attached to the hollow shaft 1 in contact with the drive shaft M via an expandable, slotted hollow cone 8 in which a full cone 10 sits, which with the help of a Nut 11 can be pressed into the hollow cone 8.

In einer gewissen Entfernung von dieser Verbindung ist die Welle 7 in der Hohlwelle 1 in einem Kugellager 9 gelagert und mit einer Scheibe 6 verbunden, auf welcher in regelmäßigen Abständen eine der Anzahl der Fenster entsprechende Anzahl an zahnförmigen Zeigern 12 vorgesehen ist. In dieser Scheibe 6 sind ferner ausgeweitete Öffnungen 6a vorgesehen, die einen freien Durchgang der Bolzen 2 und eine freie Drehbewegung der Scheiben 4 und 6 zueinander erlauben.At a certain distance from this connection, the shaft 7 is in the hollow shaft 1 in a ball bearing 9 stored and connected to a disc 6, on which at regular intervals one of the number of windows A corresponding number of tooth-shaped pointers 12 is provided. In this disc 6 are also widened openings 6a are provided, which allow the bolts 2 to pass freely through and rotate freely of the disks 4 and 6 allow one another.

Zur Erhöhung der Genauigkeit der Vorrichtung ist die Scheibe 4 vorzugsweise so gekröpft, daß die Zeiger 12 (F i g. 7) in derselben Ebene wie die Fenster 5 liegen. Die Ränder 5a und 5b der Fenster 5 und die Ränder 12, und 12£> der Zeiger 12 sind abgeschrägt, so daß, wie aus den späteren Ausführungen hervorgehen wird, ein bezüglich der Achse schräges Einfallen der die Fenster beleuchtenden Lichtstrahlen keinen Einfluß auf das erhaltene Ergebnis hat.To increase the accuracy of the device, the disk 4 is preferably bent so that the pointers 12 (FIG. 7) lie in the same plane as the windows 5. The edges 5a and 5b of the windows 5 and the edges 12, and 12 £> of the pointer 12 are bevelled so that, as will become apparent from the later explanations, an incidence of the light rays illuminating the window obliquely with respect to the axis has no influence on the obtained Result has.

Mit Hilfe der Befestigungsvorrichtung 8, 10, 11 kann die Welle 7 bezüglich der Hohlwelle 1 in eine solche Stellung gebracht werden, daß jeder Zeiger 12 bezüglich des entsprechenden Fensters 5 eine bestimmte Ausgangsstellung einnimmt. Wie aus dem Folgenden hervorgehet, ist es nicht erforderlich, daß die Positionierung der Welle 7 einer ganz bestimmten Stellung der Zeiger bezüglich der Fenster — beispielsweise genau in der Mitte der Fenster — entspricht.With the help of the fastening device 8, 10, 11 can the shaft 7 are brought with respect to the hollow shaft 1 in such a position that each pointer 12 with respect to the corresponding window 5 assumes a certain starting position. As from the following shows, it is not necessary that the positioning of the shaft 7 of a very specific position of the Pointer with respect to the window - for example exactly in the middle of the window - corresponds.

Zweckmäßigerweise kann diese Stellung so gewählt werden, daß sich die Zeiger etwa in der Mitte dei Fenster befinden, falls der Motor und der Empfanget sich in beide Richtungen drehen können, oder sie kann so gewählt werden, daß sich der Zeiger in Nähe eine radial verlaufenden Fensterrandes befindet, wenn die Drehung nur in einer einzigen Richtung vor sich geht.Appropriately, this position can be chosen so that the pointer is approximately in the middle of the dei Windows are located if the motor and the receiver can or can rotate in both directions be chosen so that the pointer is in the vicinity of a radially extending window edge when the Rotation is only in one direction.

Es sei nun angenommen, daß jeder Zeiger 12 in dei Ausgangsstellung sich in der Mitte des entsprechender Fensters 5 befindet (vgl. F i g. 3 und 7), so daß die Breiter der beiden Fensterteile A"und Vgleich groß sind.It is now assumed that each pointer 12 in the starting position is in the middle of the corresponding one Window 5 is located (see Fig. 3 and 7), so that the widths of the two window parts A ″ and V are the same size.

Bei einer Drehung in Richtung des Pfeils Finfolge des von der Hohlwelle 1 übertragenen Drehmoments, das eine elastische Verdrehung dieser Hohlwelle in derr zwischen der Befestigungsvorrichtung 8,10,11 und der Scheiben 4 und 6 befindlichen Bereich bewirkt, dreh sich die mit Fenstern versehene Scheibe 4 mit einer gewissen Verzögerung gegenüber der Scheibe 6, d. h also gegenüber den Zeigern 12, so daß das Fenster be der Drehung bei diesem gegebenen Drchmomen bezüglich des Zeigers 12 die Stellung 5| einnimmt Infolgedessen nehmen die beiden Fensterteile die Forrr ΛΊ und Vi an.When turning in the direction of the arrow, follow the of the hollow shaft 1 transmitted torque that an elastic rotation of this hollow shaft in derr between the fastening device 8,10,11 and the Discs 4 and 6 located area causes the windowed disc 4 to rotate with a some delay with respect to the disc 6, d. h so opposite the pointers 12, so that the window be the rotation with this given torque with respect to the pointer 12 the position 5 | occupies As a result, the two parts of the window take the form ΛΊ and Vi.

Beleuchtet man nun das Fenster mit einem flachen, irIf you now illuminate the window with a flat, ir

einer radialen Ebene liegenden Lichtstrahl C, der das Fenster durchquert und auf ein optisch-elektronisches Abtastorgan zu gerichtet ist, werden bei einer gleichzeitigen Drehung der beiden Wellen 1 und 7 ohne Übertragung eines Drehmoments zwei gleiche Signale α· ι und y (F i g. 4) erzeugt, während diese Signale bei einer Drehung unter Auftreten eines Drehmoments, wodurch das Fenster winkelmäßig in die Stellung 5| versetzt wird, iu x\ und y\ werden. Da die Drehgeschwindigkeit sich während des Abtastens des Fensters durch den Strahl G w sich praktisch nicht ändert, ist die Dauer dieser Signale proportional zur Breite der Fensterabschnitte X\ und V₁.A light beam C lying in a radial plane, which passes through the window and is directed towards an optoelectronic scanning element, two identical signals α · ι and y (FIG. 4) generates these signals during a rotation with the occurrence of a torque, whereby the window is angularly in the position 5 | is offset, iu x \ and y \ become. Since the speed of rotation practically does not change during the scanning of the window by the beam G w , the duration of these signals is proportional to the width of the window sections X 1 and V ₁ .

Die winkelmäßige Versetzung des Zeigers 12 gegen das Fenster 5 ist ein Maß für die Verdrehung der ι j Hohlwelle 1 gegen die Welle 7, die keine Verdrehung erleidet, so daß die Zeitdifferenz tx\ — ty\ — abgesehen von einer Konstanten, wenn die beiden Teile Xund Vin der Ausgangsstellung nicht gleich groß sind — ein Maß für den doppelten Versetzungswinkel ist, während die gesamte Zeit tx\ + ty\ ein Maß für die Breite des Fensters, bezogen auf die Drehgeschwindigkeit der Vorrichtung, ist oder, wenn die Breite des Fensters konstant und bekannt ist, eine Art Maßstab für diese dieser Drehgeschwindigkeit entsprechende Zeitdiffe- 2^Λ> renz ist.The angular displacement of the pointer 12 against the window 5 is a measure of the rotation of the hollow shaft 1 against the shaft 7, which does not suffer any rotation, so that the time difference tx \ - ty \ - apart from a constant when the two parts X and Vin are not the same size in the starting position - is a measure of twice the offset angle, while the total time tx \ + ty \ is a measure of the width of the window, based on the speed of rotation of the device, or if the width of the window is constant and is known to a sort benchmark for this this rotational speed corresponding Zeitdiffe- 2 ^Λ> is rence.

Die F i g. 2a, 2b und 2c zeigen Ausbildungen der den Lichtstrahl G erzeugenden und aufnehmenden fotoelektrischen Tastorgane.The F i g. 2a, 2b and 2c show configurations of the photoelectric tactile organs which generate and receive the light beam G.

Das Gehäuse 19 dieses Tastorgans (F i g. 2a) besteht «ι aus einer Lichtquelle 14, die ein Lichtbündel erzeugt. Dieses Lichtbündel wird durch ein optisches System 15a und eine Blende 16a in einen flachen, radialen Strahl G umgeformt. Das optische System 15£> bündelt den aus dem Fenster austretenden flachen Strahl auf das η optisch-elektronische Abtastorgan 17 zu. Das Gehäuse 19 umgreift die Scheiben 4 und 6 in Höhe der Zeiger und der Fenster.The housing 19 of this feeler element (FIG. 2a) consists of a light source 14 which generates a light beam. This light bundle is transformed into a flat, radial beam G by an optical system 15a and a diaphragm 16a. The optical system 15> bundles the flat beam emerging from the window onto the η opto-electronic scanning element 17. The housing 19 engages around the disks 4 and 6 at the level of the pointer and the window.

Bei der auf Fig.2b dargestellten Ausführungsform wird der flache Lichtstrahl G mit Hilfe einer Lichtleitung 18a erzeugt, die aus lichtdurchlässigen, in einer radialen Ebene ausgearbeiteten Fasern besteht, und anschließend durch eine zweite symmetrisch angeordnete Lichtleitung 18£> auf das Abtastorgan 17 zu gebündelt.In the shown on Figure 2b embodiment, the flat light beam G is generated by means of a light pipe 18, which consists of light-transmitting, elaborated in a radial plane of the fibers, and then focused by a second symmetrically arranged light line 18 £> on the scanning element 17 to.

Bei der in Fig. 2c dargestellten Ausführungsform werden zur Analyse des flachen Lichtstrahls G nur Blenden 16 benutzt.In the embodiment shown in FIG. 2c, only diaphragms 16 are used to analyze the flat light beam G.

In der Praxis erhält man jedoch am Ausgang des Abtastorgans 17 nicht die auf Fig.4 dargestellten w theoretischen Signalformen. Beispielsweise kann die Drehgeschwindigkeit im Fall von Gasturbinen 20 000 U/min weit überschreiten, während das Abtastorgan 17 eine gewisse Ansprechzeit besitzt, so daß die Anstiegsund Abstiegsfronten der Signale keine steilen Fronten « sind. Ferner hängt die Höhe der Signale im wesentlichen von der Lichtdurchlässigkeit des Fensters S ab, die durch Rauch oder Dampf beeinträchtigt werden kann, beispielsweise wenn die Vorrichtung in einen Wärmemotor eingebaut ist. miIn practice, however, the w shown in FIG. 4 are not obtained at the output of the scanning element 17 theoretical waveforms. For example, in the case of gas turbines, the rotational speed can be 20,000 Rpm far exceed while the scanning member 17 has a certain response time, so that the rise and Relegation fronts of the signals are not steep fronts «. Furthermore, the level of the signals depends essentially on the transparency of the window S, which can be impaired by smoke or steam, for example when the device is built into a heat engine. mi

Mit Hilfe der auf F i g, 5 dargestellten Schaltung kann die Dauer der Signale χ und y korrigiert und können diese in Form gebracht werden; hierbei gestattet eine logische Schaltung die Trennung dieser beiden Signale. Diese logische Schaltung (oberer Teil von F i g. 5) h^r> enthält ferner die Speicherregister und die Schaltungen zur Nullstellung nach jedem Durchgang eines aus zwei Impulsen χ und y bestehenden Impulszuges.With the help of the circuit shown in Fig. 5, the duration of the signals χ and y can be corrected and these can be shaped; a logic circuit allows these two signals to be separated. This logical circuit (g upper part of F i. 5) h ^r> further comprising the storage registers and the circuits to the zero position after each passage of a χ and y of two pulses existing pulse train.

4040

4^r> Die Schaltung besitzt ferner einen analogen Teil (unterer Teil von Fig.5), in welchem die χ und y entsprechenden Signale so behandelt werden, daß sie zu 4 ^r > The circuit also has an analog part (lower part of FIG. 5), in which the signals corresponding to χ and y are treated in such a way that they become

tx , t νtx, t ν

— und — - and -

ι .ν + ty tx + ty ι .ν + ty tx + ty

proportional werden, und anschließend subtrahiert und addiert werden.proportional, and then subtracted and added.

Wie bereits gesagt wurde, ist die Differenz dieser integrierten Signale proportional zum Drehmoment, und, da sie auf die Summe tx+ ty bezogen ist, ist das Ergebnis von der Drehgeschwindigkeit unabhängig.As has already been said, the difference in these integrated signals is proportional to the torque and, since it is related to the sum tx + ty , the result is independent of the speed of rotation.

Die bei einer bestimmten Drehgeschwindigkeit theoretisch konstante Summe der Signale stellt ein Korrekturglied dar, mit dem die durch die Differenz dieser Signale erhaltene Angabe korrigiert werden kann. Sie gestattet die Korrektur der Linearität der Messung und der Ableitungen der Schaltung. Diese Summe wird nicht direkt benutzt, sondern mit einer konstanten Information derselben Art verglichen und liefert in der Schaltung 26 eine Spannung, welche die Höhe der Signale bei ihrem Ausgang korrigiert.The sum of the signals, which is theoretically constant at a certain rotational speed, is set Correction element with which the information obtained from the difference between these signals is corrected can. It allows the linearity of the measurement and the derivatives of the circuit to be corrected. These Sum is not used directly, but compared with constant information of the same type and supplies a voltage in circuit 26 which corrects the level of the signals at their output.

Diese auf analogem Weg erhaltene Spannung wird über eine Rückkopplungsschleife 67 an die diese Signale liefernden Schaltungen angelegt, so daß der Ausgangsverstärker 27 direkt den Wert des Drehmoments liefern kann.This voltage, obtained in an analog way, is sent via a feedback loop 67 to these signals supplying circuits are applied so that the output amplifier 27 directly supply the value of the torque can.

Nach dieser allgemeinen Beschreibung der Aufgaben der Schaltung wird die Schaltung und ihre Arbeitsweise im folgenden ausführlich beschrieben.After this general description of the functions of the circuit, the circuit and its operation described in detail below.

Der Emitter und der Kollektor des Fototransistors 28 sind an die beiden Pole der Speisespannung angeschlossen. Die Signale xa und yo und ihre Umkehrungen λγο' und y_n' werden an den gleich großen Lastwiderständen 105 und 106 entnommen und werden den Eingängen des Verstärkers 29 zugeführt.The emitter and the collector of the phototransistor 28 are connected to the two poles of the supply voltage. The signals xa and yo and their inversions λγο 'and y _n ' are taken from the load resistors 105 and 106 of the same size and are fed to the inputs of the amplifier 29.

Das optisch-elektronische Abtastorgan, im vorliegenden Fall der Fototransistor, empfängt den das Fenster der sich drehenden Scheibe durchquerenden Lichtstrahl sowie eine Korrekturspannung mit einem im folgenden noch näher angegebenen Wert, die an die Polarisierungselektrode, im vorliegenden Fall an die Basis 103 des Fototransistors, angelegt ist.The opto-electronic scanning element, in the present case the phototransistor, receives the window the light beam traversing the rotating disk and a correction voltage with one below further specified value, which is applied to the polarization electrode, in the present case to the base 103 of the phototransistor is applied.

Die Basis 103 ist ferner über einen einen Kondensator 104 enthaltenden Rückführungskreis mit einem Ausgang des Verstärkers 29 verbunden. Diese Rückführung kompensiert teilweise die Eigenkapazität des fotoelektrischen Eingangs des Fototransistors.The base 103 is also provided with an output through a feedback loop including a capacitor 104 of the amplifier 29 is connected. This feedback partially compensates for the inherent capacitance of the photoelectric Input of the phototransistor.

Die aus zwei Leitern 36a und 366 bestehende, verdrehte Leitung 36 verbindet die beiden Ausgänge des Verstärkers 29 mit den beiden Eingängen einer Schaltung 34, die als Differentialverstärker mit hohem Verstärkungsgrad wirkt.The twisted line 36, consisting of two conductors 36a and 366, connects the two outputs of the amplifier 29 with the two inputs of a circuit 34, which acts as a differential amplifier with high Gain factor acts.

Dieser Verstärker dient zur Umformung dieser Paare einander entgegengesetzter Signale in Rechtecksignale. Er empfängt diese entgegengesetzten Signale überlagert und wird ausgelöst, wenn die Höhen der einander entgegengesetzten Signale Xu und Xn durch Änderung ihrer Flanken in Querrichtung gleich werden, worauf ihre Differenz das Vorzeichen ändert. Eine Änderung der Neigung der Flanken der Signale wie eine Änderung der Höhe dieser Signale bewirkt also eine Änderung des Zeitpunktes, an welchem die beiden entgcgengcsctzlen Signale gleich groß werden, und als Folge eine Änderung der Dauer der Rechtecksignale * und y. Dieser Nachteil wird durch die im folgenden beschriebenen Rückkopplungsschaltung beseitigt:This amplifier is used to convert these pairs of opposing signals into square-wave signals. It receives these opposing signals superimposed and is triggered when the heights of the opposing signals Xu and Xn become equal by changing their edges in the transverse direction, whereupon their difference changes the sign. A change in the slope of the edges of the signals, such as a change in the height of these signals, therefore changes the point in time at which the two opposing signals become equal, and as a result changes the duration of the square-wave signals * and y. This disadvantage is eliminated by the feedback circuit described below:

Der Ausgang des Verstärkers 34, an welchem derThe output of amplifier 34 at which the

Signalzug /ί auftritt, ist einerseits mit dem am Anfang der dieses Signal auswertenden Schaltung angeordneten Umkehrgatter 35 und andererseits mit dem Eingang eines Verstärkers 100 verbunden. Die aus diesem Verstärker austretenden Signale werden sowohl unten als auch oben durch Zenerdioden 101 und 102 begrenzt. Diese Signale werden anschließend dem mit einem Integrationskondensator 73 gekoppelten Verstärker 75 eingespeist. Ihre Bezugshöhe wird mit Hilfe eines Potentiometers 74 eingestellt.Signal train / ί occurs is on the one hand with the one at the beginning the reversing gate 35 arranged for this signal evaluating circuit and on the other hand to the input an amplifier 100 is connected. The signals emerging from this amplifier are both below and limited above by Zener diodes 101 and 102. These signals are then the with a Integration capacitor 73 coupled amplifier 75 fed. Your reference height is determined with the help of a Potentiometer 74 set.

Der Ausgang dieses Verstärker- und Integrationsorgans ist mit der Basis 103 des Fototransistors 28 verbunden.The output of this amplifier and integration element is connected to the base 103 of the phototransistor 28 tied together.

Infolge der Verstärkung der Signale Ä bei 100 und ihrer darauffolgenden Begrenzung besitzen die Rechtecksignale des Gesamtsignals Ä eine konstante Höhe oder Potentialdifferenz v. As a result of amplification of the signals at 100 Å and its subsequent limiting the rectangular signals of the overall signal Ä have a constant height or potential difference v.

Die mittlere Spannung des Verstärker- und Integrationsorgans ist somit zur Gesamtdauer tx+ty der beiden Signale X2 und yi der aufeinanderfolgenden Signalpaare proportional und zu dem zwei aufeinanderfolgende Gruppen dieser Signale trennenden Zeitintervall Tumgekehrt proportional.The mean voltage of the amplifier and integration element is thus proportional to the total duration tx + ty of the two signals X2 and yi of the successive signal pairs and inversely proportional to the time interval separating two successive groups of these signals.

Wenn ferner in dem Differentialverstärker 34 die Höhe des Schnittpunktes der Flanken der Signale xo und xa, yo und yd korrekt ist, entspricht die Gesamtdauer ix+ ty genau der Breite (bzw. der tangentialen Länge) des Fensters und ist wie die Zeit T umgekehrt proportional zur Drehgeschwindigkeit.Furthermore, if the height of the intersection of the edges of the signals xo and xa, yo and yd is correct in the differential amplifier 34, the total duration ix + ty corresponds exactly to the width (or the tangential length) of the window and, like the time T, is inversely proportional to Turning speed.

Mit anderen Worten, die mittlere Ausgangsspannung des Verstärker- und Integrationsorgans 75, die zu proportional ist, ist von der Drehgeschwindigkeit unabhängig und hat ferner einen konstanten Wert, wenn der Wert von gleich seinem ursprünglichenIn other words, the mean output voltage of the amplifier and integration element 75, which to is proportional, is independent of the speed of rotation and also has a constant value when the value of equal to its original

Eichwert ist, d. h. wenn die Zeiten ix und iyden Breiten der Fensterabschnitte genau entsprechen.Calibration value is, d. H. when the times ix and iyden latitudes exactly match the window sections.

Dieser Wert von This value of

kann sich jedoch beispielsweise infolge von Störungen, wie beispielsweise Änderungen der Transparenz der Fenster, ändern.however, for example, as a result of disturbances such as Changes to the transparency of the windows, change.

F i g. 9 zeigt schematisch ohne Bezug auf ein bestimmtes Potential, wie sich ein umgekehrtes Signal Xo' mit drei zu diesem Signal unterschiedlich angeordneten, direkten Signalen Xo¹, xo und xo² schneidet.F i g. 9 shows schematically, without reference to a specific potential, how an inverted signal Xo 'intersects ^{with three direct signals Xo 1} , xo and xo ^{2 arranged differently from this signal.}

Wenn die Schnitthöhe korrekt ist, hat die Dauer des dem ersten Fensterabschnitt entsprechenden Rechtecksignals in dem Gesamtsignal Ä den Wert ix. Wenn die Schnitthöhe nicht korrekt ist, ist die Dauer des Signals zu lang (tXa)oder zu kurz (tXb). Wenn die Dauer zu lang ist (tXii), ist das an die Basis 103 angelegte Korrektursignal höher als normal, wodurch der relative Potentialabstand der von der Kette 29, 26, 34 übertragenen, entgegengesetzten Signale verringert und folglich die Schnitthöhe auf die dem Wert ix entsprechende Höhe gebracht wird. Wenn die Dauer dagegen zu kurz ist (tXb), erhöht sich der relative Potentialabstand der entgegengesetzten übertragenen Signale und damit die Schnitthöhe. If the cutting height is correct, the duration of the square-wave signal corresponding to the first window section in the total signal A has the value ix. If the cutting height is not correct, the duration of the signal is too long (tXa) or too short (tXb). If the duration is too long (tXii), the correction signal applied to the base 103 is higher than normal, thereby reducing the relative potential spacing of the opposite signals transmitted by the chain 29, 26, 34 and consequently the cutting height to that corresponding to the value ix Height is brought. If, on the other hand, the duration is too short (tXb), the relative potential spacing of the oppositely transmitted signals increases and thus the cutting height.

Die Schaltung reagiert also bei beliebigen, insbesondere durch Änderung der Transparenz des Fensters bewirkten Änderungen der Amplitude der fotoelektrischen Signale so, daß zum Konstanthalten des Verhältnisses-^-=-^nicht diese Amplitude, sondern dieThe circuit reacts to any, in particular by changing the transparency of the window caused changes in the amplitude of the photoelectric signals so that to keep the Ratio - ^ - = - ^ not this amplitude, but the

Höhe, in der sich die Fronten der entgegengesetzen Signale schneiden, korrigiert wird.The height at which the fronts of the opposite signals intersect is corrected.

Die Korrekturspannung gestattet also bei einer beliebigen Drehgeschwindigkeit der Welle, deren Drehmoment gemessen wird, auf eine solche Weise die Bestimmung der Dauer der Signale χ und y, daß diese bei der betrachteten Geschwindigkeit für die Breite der beiden Abschnitte des Fensters genau repräsentativ sind. Ferner kompensiert diese Spannung die Fehler, die an jedem Punkt der Kette 28, 29, 36, 34 auftreten können, so daß insbesondere die Möglichkeit besteht, der verdrehten Leitung 36 eine beliebige Länge zu verleihen. The correction voltage thus allows the duration of the signals χ and y to be determined at any rotational speed of the shaft whose torque is being measured in such a way that these are precisely representative of the width of the two sections of the window at the speed under consideration. Furthermore, this voltage compensates for the errors that can occur at any point in the chain 28, 29, 36, 34, so that in particular there is the possibility of giving the twisted line 36 any length.

Die Variationen des das Fenster durchquerenden Lichtflusses können somit ohne Störung der Messer den Koeffizient 50 erreichen, während das optisch-elektronische Abtastorgan ohne Einstellung oder Störung ausgetauscht werden kann.The variations in the light flux passing through the window can thus be avoided without disturbing the knife Coefficient to reach 50 while the opto-electronic scanning element without adjustment or interference can be exchanged.

Die Elemente 29, 100, 101, 102 und 74 sind vorzugsweise in dem Gehäuse 19 enthalten.The elements 29, 100, 101, 102 and 74 are preferably contained in the housing 19.

Dank der verdrehten Leitung 36 kann die Schaltung 34 von dem Gehäuse 19 entfernt angeordnet werden (beispielsweise in der Flugzeugkabine, wenn die Drehmomentmeßvorrichtung an eine Flugzeugturbine angelegt ist).Thanks to the twisted line 36, the circuit 34 can be arranged remotely from the housing 19 (For example in the aircraft cabin when the torque measuring device is connected to an aircraft turbine is created).

Ferner gelangen die über diese Leitung aufgenommenen und übertragenen Störungen in derselben Form zum Differentialverstärker 34, der sie löscht und die verstärkte Summe der Signale xo und y_a und ihrer Umkehrungen xo' und yd liefert, die somit in Rechtecksignale umgeformt werden.Furthermore, the disturbances received and transmitted via this line reach the differential amplifier 34 in the same form, which cancels them and supplies the amplified sum of the signals xo and y _a and their inversions xo 'and yd , which are thus converted into square-wave signals.

Auf F i g. 6a ist das am Ausgang des Differentialverstärkers 34 auftretende Signal Ä dargestellt, das aus einer Reihe von Signalen χ und y in Form positiver Rechteckimpulse besteht.On F i g. 6a is occurring at the output of the differential amplifier 34 signal Ä shown, the χ for a number of signals and y in the form of positive pulses is rectangle.

Das Umkehrgatter 35 bildet aus dem Signal A das aus den Signalen x' und y' bestehende Signal A (F i g. 6b), das den UND-Gattern 36, 37, 38 und 39 und dem zwei Kippkreise 21 und 22 speisenden Umkehrgatter 40 zugeleitet wird.The inverter gate 35 forms from the signal A, the x from the signals 'and y' existing signal A (F i g. 6b), the AND gates 36, 37, 38 and 39 and the two tilt functions 21 and 22 feeding inverter gate 40 is forwarded.

Der bistabile Kippkreis 22 ändert bei jedem Empfang einer aufsteigenden Front eines Signals Ä seinen Zustand, so daß er an seinen Ausgängen die beiden umgekehrten Signale B und B liefert, die aus den entgegengesetzten Signalen ζ bzw. z' bestehen (Fig. 6c und 6d).The bistable multivibrator circuit 22 changes its state each time it receives an ascending front of a signal A , so that it supplies the two inverted signals B and B at its outputs, which consist of the opposite signals ζ and z ' (FIGS. 6c and 6d). .

Der monostabile Kippkreis 21, der aus zwei mit einer /?C-Schaltung gekoppelten Gattern 41 und 42 besteht, liefert über die Leitung 70 nach einer Zeit, die kleiner als die kleinstmögliche Größe der Zeitintervalle T(F i g. 6a) zwischen zwei aufeinanderfolgenden, aus Signalen χ, ζ bestehenden Signalzügen ist, dem Kippkreis 22 ein Rückstellsignal. Dieser Kippkreis bewirkt somit zur Sicherheit zwingend die Nullstellung des Kippkreises 22 nach jedem Signalzug.The monostable multivibrator circuit 21, which consists of two gates 41 and 42 coupled to a /? C circuit, delivers via the line 70 after a time which is smaller than the smallest possible size of the time intervals T ( FIG. 6a) between two successive ones , from signals χ, ζ existing signal trains, the trigger circuit 22 is a reset signal. To be on the safe side, this tilting circle therefore necessarily brings about the zero position of the tilting circle 22 after each signal train.

Ausgehend von den Signalen A, B und B bewirkt die aus UND-Gattern 36 bis 39 bestehende Matrix 23 die Trennung der Signale χ und/. _Based on the signals A, B and B , the matrix 23 consisting of AND gates 36 to 39 separates the signals χ and /. _

Die Gatter 37 und 39, denen die Signale A und B gleichzeitig zugeführt werden, lassen erst dann ein Signal durch, wenn diese beiden Signale gleichzeitig Null sind. Man erhält somit das Signal χ allein (F i g, 6e). Auf dieselbe Weise liefern die Gatter 36 und 39 das Signal yallein (F ig. 6f).The gates 37 and 39, to which the signals A and B are fed simultaneously, only let a signal through when these two signals are zero at the same time. The signal χ alone is thus obtained (Fig. 6e). In the same way, the gates 36 and 39 supply the signal y alone (Fig. 6f).

Die Höhe dieser Signale wird, wie im folgenden noch beschrieben wird, durch die durch die Gruppe 26 hergestellte Rückkopplung 67 gesteuert.As will be described below, the level of these signals is determined by the group 26 produced feedback 67 controlled.

Jedes Gatter 36 bis 39 ist mit einem Leistungsgatter 43 bis 46 gekoppelt, das für die Dauer eines Signals χ oder yd'ie Zuführung einer positiven Spannung oder dieEach gate 36 to 39 is coupled to a power gate 43 to 46, the supply of a positive voltage or the for the duration of a signal χ or yd'ie

Verbindung der Leitungen m und η mit der Masse oder ihre Isolierung bewirkt.Connection of the lines m and η with the ground or their insulation causes.

Auf diese Weise ist die Leitung m (durch das Gatter 43) bei jedem Signal y positiv, anschließend bei jedem Signal χ mit der Masse verbunden (durch das Gatter 45) und schließlich außerhalb dieser Signale isoliert.In this way, line m is positive (through gate 43) for each signal y , then connected to ground (through gate 45) for each signal χ, and finally isolated outside of these signals.

Umgekehrt ist die Leitung η während jedes Signals χ positiv, während jedes Signals y mit der Masse verbunden und die übrige Zeit isoliert.Conversely, line η is positive during each signal χ , connected to ground during each signal y and isolated the rest of the time.

F i g. 8 zeigt die Schaltung der Gatter 43 und 45, mit der dies erreicht wird.F i g. Figure 8 shows the circuitry of gates 43 and 45 by which this is achieved.

Das Gatter 43 enthält einen npn-Transistor 77 und das Gatter 45 die npn-Transistoren 78 und 79. Der Ausgang des Transistors 77 ist mit der Basis des Transistors 78 verbunden, der ferner das Signal Ar des Gatters 37 direkt zugeführt wird. Das von dem Gatter 36 kommende Signal y wird direkt der Basis der Transistoren 77 und 79 zugeführt.The gate 43 contains an npn transistor 77 and the gate 45 contains the npn transistors 78 and 79. The output of the transistor 77 is connected to the base of the transistor 78, to which the signal Ar of the gate 37 is also fed directly. The signal y coming from the gate 36 is fed directly to the base of the transistors 77 and 79.

Tritt kein Signal auf, so ist keiner der Transistoren leitend, so daß die Leitung m isoliert istIf no signal occurs, none of the transistors is conductive, so that the line m is isolated

Bei Auftreten eines Signals χ leitet nur der Transsitor 78 und die Leitung m führt das durch die Leitung 67 und den Widerstand 80 bestimmte Potential.When a signal χ occurs , only the transsitor 78 conducts and the line m carries the potential determined by the line 67 and the resistor 80.

Bei Auftreten eines positiven Signals y werden die beiden Transistoren 77 und 79 leitend, und die Leitung m wird durch den Transistor 79 mit der Masse verbunden, da der Transistor 78, der durch die an seine Basis angelegte Massespannung blockiert ist, nicht leitet.When a positive signal y occurs , the two transistors 77 and 79 become conductive, and the line m is connected to ground through the transistor 79, since the transistor 78, which is blocked by the ground voltage applied to its base, does not conduct.

Somit wird der Kondensator 47 während der Zeit tx über den Widerstand 48 geladen und anschließend während der Zeit ty über denselben Widerstand entladen.The capacitor 47 is thus charged via the resistor 48 during the time tx and then discharged via the same resistor during the time ty.

Da die Gatter 44 und 46 ähnlich geschaltet sind, wird der Kondensator 49 auf gleiche Weise während der Zeit ty geladen und anschließend während der darauffolgenden Zeit f*über den Widerstand 50 entladen.Since the gates 44 and 46 are connected similarly, the capacitor 49 is charged in the same way during the time ty and then discharged via the resistor 50 during the subsequent time f *.

Da die Kondensatoren 47 und 49 und die Widerstände 48 und 50 gleich groß sind, sind die in den Kondensatoren 47 und 49 aufgenommenen Ladungen jeweils proportional zuSince the capacitors 47 and 49 and the resistors 48 and 50 are of the same size, those in the Capacitors 47 and 49 absorbed charges are proportional to each

tx , tvtx, tv

und - —and - -

(x + ty tx + ty (x + ty tx + ty

und von der über die Leitung 67 zugeführten Spannung abhängig.and on the voltage supplied via line 67.

Die Spannungen dieser Kondensatoren werden dem Eingang zweier Verstärker 5t und 52 hoher Impedanz zugeführt, die aufgrund ihrer Rückkopplung und zusammen mit dem an ihren Ausganges: parallel j geschalteten Spannungsteiler 53, 54, 55, 5b einen Differentialverstärker hoher Eingangsimpedanz bilden. Dieser Teil stellt einen Rechner dar, der die Differenz bzw. die Summe der Ausgangssignale der Verstärker 51 und 52 ermittelt.The voltages of these capacitors are applied to the input of two amplifiers 5t and 52 of high impedance fed, due to their feedback and together with that at their output: parallel j connected voltage divider 53, 54, 55, 5b form a differential amplifier of high input impedance. This part represents a computer that calculates the difference or the sum of the output signals of the amplifiers 51 and 52 determined.

Die zu proportionale Differenz dieser Signale,The to proportional difference between these signals,

die am Knoten 57 entnommen wird, wird dem Verstärker 58 zugeführt und das an dessen Ausgang 59 auftretende Signal kann einem Anzeigegerät zugeführtwhich is taken at the node 57 is fed to the amplifier 58 and that at its output 59 Occurring signal can be fed to a display device

]) werden, das eine Skalenteilung in Drehmomentwerten aufweisen kann.]), which is a scale division in torque values may have.

Die am Punkt 54 abgenommene Summe dieser Signale, theoretisch eine konstante Spannung, wird über den Widerstand 62 dem Eingang des kontinuierlichen Verstärkers 61 zugeführt. Aufgrund von Temperaturschwankungen und mit der Zeit auftretenden Abweichungen der Bauelemente ist diese Summe Schwankungen unterlegen.
Am Eingang des Verstärkers 61 wird dem bei 54 entnommenen Signal über ein Potentiometer 63 und einen Widerstand 64 eine Bezugsspannung überlagert.The sum of these signals taken at point 54, theoretically a constant voltage, is fed to the input of the continuous amplifier 61 via the resistor 62. Due to temperature fluctuations and deviations in the components that occur over time, this sum is subject to fluctuations.
At the input of the amplifier 61, a reference voltage is superimposed on the signal taken at 54 via a potentiometer 63 and a resistor 64.

Am Ausgang des Verstärkers 61 wird das Signal durch die Darlington-Schaltung, die aus zwei npn-Transistoren 65 und 66 besteht, stromverstärkt undAt the output of the amplifier 61 the signal is passed through the Darlington circuit, which consists of two npn transistors 65 and 66 consists, current-amplified and

i« anschließend speist der Ausgang dieser Schaltung die Rückkopplungsleitung 67.i «then the output of this circuit feeds the Feedback line 67.

Der am Ausgang des Verstärkers 58 erhaltene Wert dieser Differenz der Signale wird somit durch die Abweichung des Wertes ihrer Summe von einerThe value of this difference between the signals obtained at the output of the amplifier 58 is thus determined by the Deviation of the value of their sum from one

r> Bezugsspannung korrigiert, so daß die Messung linearisiert und die Schaltung stabilisiert wird.r> reference voltage corrected so that the measurement is linearized and the circuit is stabilized.

Ferner kann eine Korrektur in Abhängigkeit von der Temperatur des sich drehenden Teils der Vorrichtung vorgenommen werden, die eine Änderung der elasti-Furthermore, a correction can be made as a function of the temperature of the rotating part of the device be made that change the elastic

4(i sehen Eigenschaften der sich verdrehenden Hohlwelle 1 bewirkt. Zu diesem Zweck wird in den Rückkopplungskreis des Verstärkers 58 eine aus einem Heißleiter bestehende Sonde 68 eingesetzt. Die Sonde befindet sich in Nähe der Hohlwelle 1 und wird von deren Temperatur beeinflußt. Diese Sonde kann in das Gehäuse 19 eingebaut sein.4 (i see properties of the rotating hollow shaft 1 causes. For this purpose, a thermistor is inserted into the feedback circuit of amplifier 58 existing probe 68 used. The probe is located near the hollow shaft 1 and is of the Temperature affects. This probe can be built into the housing 19.

Hierzu 3 Blatt ZeichnungenFor this purpose 3 sheets of drawings

Claims

Patent claims:

1. Device for measuring the torque, which is transmitted by a hollow, elastic torsion deformations permitting first shaft, with the help of a second shaft arranged coaxially to this, which is rigidly connected to the first shaft at a connection point, with a disk, which is connected to one of the shafts at an axial distance ι ο from the connection point and has at least one rectangular window on the circumference, which is tangentially aligned to the common central axis of the two shafts, a radial pointer connected to the other shaft and crossing the window, see above that in the window two areas that can be sensed are bounded, the area ratio of which depends on the torque transmitted by the hollow shaft, a stationary light source which illuminates the window with each revolution of the two shafts, and an electro-optical receiver which is fixedly arranged near the window, characterized in that, that the radial pointer (12) is a smaller one e width than the rectangular window (5), so that the two areas (X, Y ) formed on both sides of the pointer (12) are permeable to the light from the light source (14), the electro-optical receiver (17) in itself is arranged in a known manner behind the window (5) and the pointer (12), so that with each jo revolution of the shafts (1, 7) two successive light signals through the passage of the light beam (G) emitted by the light source (14) through the Areas (X, Y) hit the receiver, and that the output of the receiver is connected to electronic j5 circuits in which the difference and the sum of the duration of the two signals are formed and as a measure of the transmitted torque, the difference in the ratio to Sum is set. to

2. Apparatus according to claim I _1, characterized in that the two shafts (1,7) are connected to one another via an expandable hollow cone having device (8, 10,11) which allows an exact angular definition of their position.

3. Apparatus according to claim I ₁ characterized by a flat, lying in a radial plane beam (G) which scans the window.

4. Apparatus according to claim 1, characterized in that that the opto-electronic scanning element (28) reversed signals are taken and amplified in an amplifier (29) with two inputs and two inverted outputs, those with a differential amplifier located at a distance via a twisted cable (36) (34) are associated with a high degree of reinforcement.

5. Apparatus according to claim 4, characterized in that the output of the differential amplifier (34) via a feedback circuit containing an amplifier and integration element (75) is connected to a polarizing electrode (103) of the optoelectronic receiver (28).

6. Apparatus according to claim 5, characterized in that in the feedback loop on The output of the differential amplifier (34) is an amplifier (100) and then a signal limiter (101, 102) is provided, which limits the output signal of this amplifier above and below, whereby the mean level of the output signal after the limitation by means of an adjustable reference voltage (74) is set.

7. Apparatus according to claim 4, characterized in that that the amplifier (29) having two inputs and two outputs is a capacitive one Having feedback loop (104).

8. The device according to claim 1, characterized by a logic circuit which the two Splitting a window separates corresponding signals from one another.

9. Apparatus according to claim 8, characterized in that the logic circuit at least two AND gates (36 to 39), each of which receives the entire signal and one of the two output signals a bistable trigger circuit controlled by the entire signal are applied.

10. Apparatus according to claim 8, characterized in that each one of the one window section AND gates (30-39) delivering corresponding signals are coupled to a second gate that supplies the other signal corresponding to the other section of the same window, where the first gate the charge and the second gate the discharge of one integration circuit (47, 48 or 49.50).

W. Device according to claim 10, characterized in that the output signals of the two integration circuits (47, 48 or 49, 50) are applied to a differential amplifier (25), at whose output (57) the amplified difference of the two input signals is taken.

12. The device according to claim 10, characterized in that the increased sum of Output signals of the two integration circuits (47, 48 or 49, 50) simultaneously with a reference voltage (63) is applied to an amplifier (61, 65, 66) which supplies a feedback voltage which is used for Determination of the charge level of these circles is applied to the two integration circles, with the Discharge height remains constant.